基于简单缺口件等效的发动机关键零件疲劳极限预测方法研究

As an important phsical parameter of mechanical parts in dyanmic loading, fatigue limit refers to parts' capacity to cycle stress. This research project focuses on the prediction methods of parts' fatigue limit, planning to find out the correspondence between alternative stress field and emergence of fatigue source as well as the microcracks formed. Based on the research, researchers are able to put forward equivalence theory of fatigue limit prediction, reveal the equivalence mechanism between parts and notch specimen, and consequently seek the stress field fitting and equivalence methods between parts and the stress concentration spot of notch specimen. The accuracy of the research will be further tested with the block, crankshaft and connecting rod of core engine parts. With an equivalence theory proposed on fatigue limit prediction, the research could tranfer the complex problems of parts fatigue limit solution into simple problems of notch fatigue limit solution and breach the current limitation on direct estimation of complex parts' fatigue limit, providing a new line of thinking in this field.

疲劳极限是动载下机械零件的重要物理量，表现为机械零件对周期应力的承受能力。本项目开展机械零件疲劳极限预测方法的研究，构建交变应力场与疲劳源产生进而形成微裂纹的对应关系，提出疲劳极限预测等效理论，揭示零件与缺口试件的等效机理，寻求零件与缺口试件的应力集中处应力场拟合及等效方法，完善疲劳极限预测等效理论，并以发动机关键零部件机体、曲轴和连杆为例，试验验证准确性。项目提出疲劳极限预测等效理论，将复杂零件疲劳极限求解问题转化为简单缺口件疲劳极限求解问题，解决现有直接估算复杂零件疲劳极限的局限，为复杂零件疲劳极限预测提供一种新思路。

疲劳极限是动载下机械零件的重要物理量，表现为机械零件对周期应力的承受能力。本项目开展机械零件疲劳极限预测方法的研究，构建交变应力场与疲劳源产生进而形成微裂纹的对应关系，提出疲劳极限预测等效理论，揭示零件与缺口试件的等效机理，寻求零件与缺口试件的应力集中处应力场拟合及等效方法，完善疲劳极限预测等效理论，并以发动机关键零部件机体、曲轴和连杆为例，试验验证准确性。项目提出疲劳极限预测等效理论，将复杂零件疲劳极限求解问题转化为简单缺口件疲劳极限求解问题，解决现有直接估算复杂零件疲劳极限的局限，为复杂零件疲劳极限预测提供一种新思路。.本课题经过三年的研究工作，在疲劳极限预测等效理论研究，将复杂零件疲劳极限求解问题转化为简单缺口件疲劳极限求解问题上取得了较好的研究进展和成果。研究工作通过将有限元分析、变结构参数设计与试验设计相结合，建立了集成参数化几何模型、有限元网格模型、数值计算模型的求解模型，研究了交变应力场的主要影响因素对疲劳微裂纹形成的影响规律，研究了基于缺口件等效的结构参数对曲轴疲劳强度的影响。主要研究成果包括基于临界平面法计算分析了发动机机体疲劳破坏薄弱位置、疲劳极限和疲劳寿命曲线；基于不同的强度准则，采用临界距离法对同种材料属性、不同结构的曲轴的疲劳极限载荷进行等效预测；以及汽车零部件疲劳强度可靠性试验方法研究，并对各种分布规律与曲轴疲劳试验数据的吻合程度进行拟合效果评价。相关研究取得了准确预测发动机关键零部件疲劳极限载荷的方法，较好地完成课题的预定目标。.课题进展三年来，相关研究工作发表学术论文9篇，其中：SCI论文4篇，EI论文2篇，一级期刊论文2篇；授权发明专利8项；出国访学1人次（半年），国内学术交流10多次。圆满完成了项目各项指标(原申请书主要指标： SCI和EI收录论文6篇以上，专利2项)。